離心技術(centrifugal technIQue)是根據(jù)顆粒在作勻速圓周運動時受到一個外向的離心力的行為而發(fā)展起來的一種分離技術。這項技術應用很廣，諸如分離出化學反應后的沉淀物、天然的生物大分子、無機物、有機物。在生物化學以及其它的生物學領域常用來收集細胞、細胞器及生物大分子物質(zhì)。
1 基本原理
1.1 離心力(centrifugal force，F(xiàn)c) 離心作用是根據(jù)在一定角度速度下作圓周運動的任何物體都受到一個向外的離心力進行的。離心力(Fc)的大小等于離心加速度ω2X與顆粒質(zhì)量m的乘積，即：
Fc=mω2X
其中ω是旋轉角速度，以弧度/秒為單位;X是顆粒離開旋轉中心的距離，以cm為單位：m是質(zhì)量，以克為單位。
1.2 相對離心力(relative centrifugal force，RCF) 由于各種離心機轉子的半徑或者離心管至旋轉軸中心的距離不同，離心力隨之變化，因此在文獻中常用“相對離心力”或“數(shù)字×g”表示離心力，只要RCF值不變，一個樣品可以在不同的離心機上獲得相同的結果。
RCF就是實際離心場轉化為重力加速度的倍數(shù)。
RCF = F離心力/F重力 = mω2X/mg = ω2X/g =(2πn/60)2·X/980=X·n2·1.118×10-5
式中X為離心轉子的半徑距離，以cm為單位;g為地球重力加速度(980cm/sec2);n為轉子每分鐘的轉數(shù)(rpm)。
在上式的基礎上，Dole和Cotzias制作了與轉子速度和半徑相對應的離心力的轉換列線圖，見圖32。在用圖32將離心機轉數(shù)換成相對離心力時，先在離心機半徑標尺上取已知的離心機半徑和在轉數(shù)標尺上取已知的離心機轉數(shù)，然后將這兩點間劃一條直線，在圖中間RCF標尺上的交叉點，即為相應的離心力數(shù)值。
圖32 離心力的轉換列線圖
例如，已知離心機轉數(shù)為2500rpm，離心機的半徑為7.7cm，將兩點連接起來交于RCF標尺，此交點500×g即是RCF值。
1.3 沉降系數(shù)(sedimentation coefficient，s) 根據(jù)1924年Svedberg對沉降系數(shù)下的定義：顆粒在單位離心力場中粒子移動的速度。
S = (1/ω2X)·(dx/dt) =(1/ω2dt)·(dx/X)
積分得：S = 2.303·(logX2-logX1)/ω2(t2-t1)
若ω用2πn/60表示，則 S = 2.1×102log(X2/X1)/n2(t2-t1)
式中X1為離心前粒子離旋轉軸的距離;X2為離心后粒子離旋轉軸的距離。S實際上時常在10-13秒左右，故把沉降系數(shù)10-13秒稱為一個Svedberg單位，簡寫S，量綱為秒。
1.4 沉降速度(sedimentation velocity) 沉降速度是指在強大離心力作用下，單位時間內(nèi)物質(zhì)運動的距離。
dx/dt = [2r2(ρp-ρm)/9η]·ω2X = [d2(ρp-ρm)/18η] ·ω2X
式中r為球形粒子半徑，d為球形粒子直徑;η為流體介質(zhì)的粘度;ρp為粒子的密度;ρm為介質(zhì)的密度。
從上式可知，粒子的沉降速度與粒子直徑的平方、粒子的密度和介質(zhì)密度之差成正比;離心力場增大，粒子的沉降速度也增加，將此式代入上項沉降系數(shù)公式中，則S的表示式也可表示為：
S = (1/ω2X)·(dx/dt)= d2(ρp-ρm)/18η
從該式中可看出，(1)當ρp >ρm ，則S>O，粒子順著離心方向沉降。(2)當ρp =ρm ，則S= 0，粒子到達某一位置后達到平衡。(3)當ρp <ρm ，則S
1.5 沉降時間(sedimentation time，Ts) 在實際工作中，常常遇到要求在已有的離心機上把某一種溶質(zhì)從溶液中全部沉降分離出來的問題，這就必須首先知道用多大轉速與多長時間可達到目的。如果轉速已知，則需解決沉降時間來確定分離某粒子所需的時間。
根據(jù)沉降系數(shù)(S)式可得： S = (1/ω2X)·(dx/dt) dt =(1/ω2S)·(dx/X)
積分得： t2-t1 =(1/ω2S)·ln(X2/X1)
式中X2為離心轉軸中心至離心管底內(nèi)壁的距離;X1為離心轉軸至樣品溶液彎月面之間的距離，那么樣品粒子完全沉降到底管內(nèi)壁的時間(t2-t1)用Ts表示則上式可改為：
TS = (1/Sω2)·ln(XMAX/XMIN)
式中Ts以小時為單位，S以Svedberg為單位。
1.6 K系數(shù)(k factor) K系數(shù)是用來描述在一個轉子中，將粒子沉降下來的效率。也就是溶液恢復成澄清程度的一個指數(shù)，所以也叫“cleaning factor”。原則上，K系數(shù)愈小的，愈容易，也愈快將粒子沉降。
K = 2.53×1011ln(Rmax/Rmin)/(rpm)2
其中Rmax為轉子大半徑;Rmin為轉子小半徑。由其公式可知，K系數(shù)與離心轉速及粒子沉降的路徑有關。所以K系數(shù)是一個變數(shù)。當轉速改變，或者離心管的溶液量不同，即粒子沉降的路徑改變時，K系數(shù)就改變了。通常，離心機的轉子說明書中提供的K系數(shù)，都是根據(jù)大路徑及在大轉速下所計算出來的數(shù)值。如果已知粒子的沉降系數(shù)，再利用當時條件下的K系數(shù)，就可以估計離心分離的時間。例如要離心一個沉降系數(shù)為80S的Polysome，采用的轉子的K系數(shù)是323，那么預計沉降到管底所需的離心時間是T = k/S = 4h，利用此公式預估的離心時間，對水平式轉子適合，對固定角式轉子而言，實際時間將比預估的時間來得快些。
